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    高清视频监控的存储技术探讨

    作者:施工队长    来源:成都系统集成公司    更新时间:2010-6-30 18:30:58    设计指数:          ★★★ 

      随着信息社会的发展,随着光电等高新技术的推进,2009年的视频行业,已经悄悄地迈入了高清时代,如果从百度或Google搜索关键词“高清”至少会出现几千万条以“高清”作为标签结果索引。高清视频的在线网站、下载网站比比皆是,高清视频监控案例亦层出不穷,也就是说,高清技术已经不再作为概念出现,而是真真正正地走进了人们的生活。

      作为高清的视频,动辄几G到几十G的文件大小,这么大的视频文件,而且有如潮水般的涌现,不仅对存储容量,对读写性能、可靠性等都提出了更高要求。因此,选择什么样的存储系统和方案,往往成为影响视频读写速度的关键。由于网络高清视频及高清监控存储系统的特殊性,这里仅讨论以磁盘作为存储介质的网络高清存储应用系统,DVD或蓝光技术的光存储,不在此次探讨范围内。

      高清、网络化视频的存储要求

      1、在了解高清存储系统之前,必须知道什么是高清?

      在高清视频标准中,视频从最低标准到较高标准依次为720线非交错式,即720p逐行扫描;1080线交错式,即1080i隔行扫描;1080线非交错式,即1080p逐行扫描,屏幕纵横比为16:9,如果是视音频同步的HDTV,标准输出为杜比5.1声道数字格式。

      高清视频有常见的三种分辨率,分别是:720P(1280×720P)逐行,美国的部分高清电视台主要采用这种格式;1080i(1920×1080i)隔行;1080P(1920×1080P)逐行。网络视频高清资源以720P和1080i最为常见,其中作为视频监控系统的高清部分,已产品化的设备标准普遍采用720P和1080P的拍摄标准。

      2、存储要求之大容量,即高清的文件到底有多大?

      高清视频在经过不同的编码处理以后,依据码率不同,而有不同的要求。一般码率在6-20Mb之间,压缩效率、压缩方式不同,所获得的最终文件大小约为:3-10GB/小时,因此便产生了对于存储大容量的要求。当然一般意义上的视频,压缩模式不同,占用的存储空间非常小,这里主要讨论一下高清视频的存储容量。

      高清视频的一种应用是提供这些高清网络视频资源下载的高清网站,规模比较小的站点片库中也会有成百上千部电影,这一类的网站在互联网上多如牛毛,而每个站点存储系统的净容量要求至少在几十T,加上某些站点要建立多个文件映射和下载种子以提高综合流量,容量就不仅仅是几十个T了。

      另一种应用是高清视频监控,虽然出于经济性考虑,此种应用中高清监控视频压缩率会比较高。目前720P高清视频摄像资料每小时视频录像可压缩到3GB左右容量,但由于采集的是高清视频,而一般的监控系统摄像路数都是几百乃至上千路,所以这种应用将需要更多的存储设备和更大的存储容量。以此为例,按一个月保存时间要求计算,可以得到这样一个数据:

      3GB/小时×24小时×30天×1路=2.16T

      每存储一路视频需要2T以上的净容量,那么计算一个拥有500路高清视频摄像,需要保存30天的监控系统所需的最少存储容量是1PB。

      3、存储要求之高性能

      众所周知,除了BT分布式下载结构的网站,支持高清视频的效果大多是以服务端大数据流量为代价的。以每路数据流为20Mb的高清视频为例,在千兆单点服务模式,最多可以容纳50路高清视频同时播放。当然这个是理论值,实际上还要考虑网络在处理数据撞包等任务时,消耗网络带宽资源之类的因素。因此,在高清视频网站考虑服务时,首先要考虑向服务器提供高清视频数据的存储系统,扩大存储系统的带宽,速度才能得到有效的提升。在高清视频监控系统中,存储的传输速率要求会随着监控系统的规模呈正比增长。

      4、存储要求之可靠性

      从高清视频文件对用户的重要性来讲有几个不同的层次:一般安全性用户、中度安全性用户、重要视频数据用户。

      作为一般安全性用户,主要是指一些以分布式下载的高清电影网站,他们对于高清数据安全性要求相对不高。偶尔存储系统离线,并不会对整个体系造成太大影响,但是对于数据的完整性要求比较高。

      中度安全性用户,如一些大型高清视频在线网站、交互网站等,要求高清视频数据具有实时性、交互性特点的,以及关键性的高清视频数据存储,都属于中度安全要求的用户。他们对于高清视频存储安全性的要求,是实时性和可恢复性。

      重要视频数据用户,比如高清视频监控图像、媒体资讯制作内容等都属于重要视频数据类型,这类用户对高清视频存储安全的要求是实时性、冗余性和不间断性。

      综上所述,对于中度安全用户和重要视频数据用户对后端存储系统的可靠性、稳定性要求较高,需要保证系统7×24小时不间断运营。

      高清特色网络存储解决方案

      媒体资讯高清网络存储解决方案

      1、系统说明

      在媒资系统中应用的存储系统,首先要解决的是文件的系统共享,多任务访问,和访问效率问题。

      现阶段在媒资的应用中,从外景拍摄的资料到摄影棚的复合视音频,无不是高清片源,即便是原始归档的录像资料,也都是以DV、DV-COM等。此类的视频资料单个复合流的数据量大,因此对于存储系统整体的效率尤为重视。

      部分资料在管理系统、片源审核系统、视频采编播系统、配音合成系统等众多视频系统之间要求共享。由于不同应用系统可能会是多种不同的操作系统的主机,因此在文件系统的共用特性上有极高要求。

      在该媒体资讯高清网络存储解决方案中,主要采用了独立的硬件构架、安全的文件系统、IP的开放构架、高速的聚合带宽。

      

     

      2、系统特点

      ·全钢架构、坚固耐用、结构合理;

      ·高达3GB/S的速度;

      ·阵列支持RAID0/1/5/6/10/JBOD功能;

      ·大容量,单套系统最大支持80个SATA/SAS硬盘,高达80TB的海量存储;

      ·维护简便,关键部件均支持热插拔,即插即用;

      ·独立的存储系统,在不影响任何应用的情况下实现无限扩展;

      ·系统良好的散热设计,具有温度实时监测、风扇转速液晶显示、报警等功能。

      高清视频监控存储系统解决方案

      1、系统说明

      前端高清摄像机采集到视频后,通过内部的高清编码器把高清的视频信号转换成数字信号并通过视频监控专网传送到中心,经由视频存储系统处理,存于Macrostor高清监控存储系统中。

      由高清监控客户终端发起请求,经过视频存储系统处理后,视频数据通过视频存储系统发送至各个请求的客户终端提供服务。

      由于高清监控系统的带宽要求和本身视频文件的数据量比较大,因此在Macrostor高清监控存储系统中采用的接口模式为多链路聚合模式,这样可以尽可能多的管理前端高清网络摄像机。

      在一个中大型高清监控系统中,摄像机数量庞大,因此在扩展规模的形式上,Macrostor高清监控存储系统采用积木化结构,即可随时增加存储系统,在网络带宽能允许的情况下,最大限度发挥存储系统效率。

      与传统的视频监控存储相比,高清系统的存储性能更强大,对于网络的要求更高,每个独立的监控系统不能无限制的扩展。基于Macrostor高清监控存储系统设计能够使得系统规模得到有效的扩展,并且在尽可能少设备数量的前提下,提高性能。

      该系统拓扑图如图2所示。

      

     

      2、系统特点

      ·高清专用设计:在MacroStor高清专用存储系统中采用特殊的高效率设计,从而使单个设备支持的前端设备更多;

      ·直写存储技术:高清网络摄像机到存储系统之间,采用无障碍连接,由此可使故障率降低;

      ·可扩展技术:积木化设计的思路,在扩展的方式上灵活多变,使得整个监控系统的规模可控,并且升级更简单;

      ·开放的兼容性:对于主流厂商生产的高清网络摄像机,均能支持。

      大规模高清存储集群解决方案

      1、系统说明

      作为大规模高清存储系统,可以应用在大型视频网站,对性能的要求非常高。在多服务器做集群模式的条件下,要求支持最大带宽运行,如果采用普通的存储系统,那么存储的数据交换性能就成了瓶颈。

      采用高清集群存储系统,主要能解决在多集群服务器模式下,同时访问的大瞬间数据量的问题,并且在整个交互式高清网站的扩展需求会比较强烈,在一定周期内会有爆炸性增长。该高清集群存储系统,可以逐步扩展容量而不用改变结构,扩容的同时可以不用停机,维护特性极强,对于网站逐步投资和逐步扩容的需求可以完美解决。

      该系统拓扑图如图3所示。

      

     

      2、系统特点

      ·高性能,可以突破5GB/秒的数据量;

      ·高可扩展性,而且规模增加的同时性能也得到提升;

      ·良好的兼容性,兼容所有主流操作系统;

      ·高可靠性设计,具有多重的安全冗余机制,使得整个存储系统允许任何单点故障产生而不影响其它应用;

      ·海量存储,系统可在无需停机的情况下实现随需扩展,最大存储容量高达64PB;

      ·应用范围广,不仅可用于大型高清在线网站,还可在功能上打破互联网用户上传容量限制,充分满足高清视频资源爆炸性增长的存储需要。

      高清网络视频存储的发展趋势

      从高清诞生以来的发展历程可以看到,作为高清的网络视频存储,初期主要是随着高清电影,网上电影资源下载的发展而应用。未来大量高清影片资源将在网络上不断涌现,高清存储的容量也将飞速膨胀,从个人电脑的几个、几十个TB,到电影网站的几百TB,这些都需要专业的存储系统来支撑。进而,随着互联网性能的稳步提升,高清交互式多媒体业务的快速发展,现在火爆的视频互动网站,将随着民用高清视频拍摄设备的逐步普及,从标清,逐步“进化”到高清时代,作为此类媒体的存储介质,高性能、大容量存储系统将大行其道,得以更广泛的应用。

      对于一些涉及公共安全的视频监控应用部门,如公检法、交通、城管等,原有标清技术清晰度将渐渐不能满足需要,它们对于目标的监控要求更加清晰有效、对于录像的回放更加重视细节的再现,尤其重要的是智能视频分析的需要。因此,需要更高的视频分辨率,“高清化”改造势在必行。同时,随着高清技术的普及,高清监控设备的生产规模不断扩大,制造成本相应大幅降低。所以不久的将来,在高清应用和高清前端设备厂商的共同推动下,监控系统的高清标准将作为新的标准,得以全面推广和普及。由此产生的连锁反应就是,相应的存储空间需求更大,存储性能更高,支持高清视频监控点的路数更多,大型高清监控系统PB级的存储解决方案将得到普遍应用,从而带动高清视频存储向规模化、高速化、集成化方向发展。


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